奇妙的大气光学

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奇妙的大气光学奇妙的大气光学 Rainbows, Halos, Coronas, GloriesRainbows, Halos, Coronas, Glories 华中科技大学华中科技大学光电子实验教学中心编光电子实验教学中心编大气光学太阳光传输被阻碍，产生各种大气光学现象 ¾大气气溶胶颗粒散射—曙、暮辉 ¾雨滴、冰粒表面反射折射—虹 ¾在梯度折射率大气中反射、折射—海市蜃楼 ¾云雾颗粒造成的衍射—彩虹云 ¾选择吸收—改变颜色虹、晕海市蜃楼虹、晕天空颜色朝暮辉、彩冠、辉光彩冠, 彩虹色大气对辐射的吸收 <0.2um 的电磁波被氮气或氧气吸收；臭氧对小于0.3um的电磁波具有极强的吸收能力；大气散射散射的概念：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传播方向的一种现象。大气发生的散射主要有三种：瑞利散射：d <<λ 散射光强度与波长4次方成反比，由此可以解释天空为什么呈蓝色。米氏散射：d ≈λ 电磁波可以穿透介质表面而深入到散射颗粒的内部--吸收。非选择性散射：d >>λ 朝、暮的天空朝、暮的天空 z 瑞利散射 ⇒蓝光 (400nm) 散射大于红光 (700nm) – 地平线，A点的天空蓝的，背着太阳 – B点通过大气路径长, 向地平线看偏红，朝着太阳 A B 海市蜃楼海市蜃楼 Green Flash and the Chinese Lantern Effect 反常折射、瑞丽散射、色散发生在近表面温度倒置情况颗粒： 0.1 and 2 mm 虹更小颗粒：米氏散射白雾、弓云虹与雨滴彩虹的成因彩虹的成因——水滴的色散水滴的色散 Refraction #1 Internal Reflection Refraction #2 彩虹的成因彩虹的成因——水滴的色散水滴的色散同时进入眼中成固定夹角的光线是一个圆锥，因同时进入眼中成固定夹角的光线是一个圆锥，因此所看到的彩虹是圆弧形。此所看到的彩虹是圆弧形。射到地面时，红光倾角约为42 °，紫光倾角约为40°。 40 ° 由于视角的原因，同一人所看到的彩虹的各种色光，是从不同水滴折射出来的。人必须面对右边，也就是背对太阳时才有机会看到太阳光所形成的彩虹。 Double Rainbow 由于全反射的次数不同，外圈为霓，内圈为虹，霓的光线损失较多，较暗，而虹的光线损失少，很明亮。晕和冰晶 Simple, hexagonal plate and pencil crystals have the simplest refraction patterns and produce the most dramatic halo displays 22° Halo Robert Gedzelman South Pole Halo Display Jarmo Moilanen Complex Halo Simulation: Compare to Photograph 冠、辉、雾虹云粒阳光冠—太阳、月亮亮环米氏散射造成自然的与模拟的月冠自然的与模拟的月冠 Corona simulation (right) matches Paul Neiman’s photo of a corona with a jet contrail in mountain wave clouds above Nederland CO. 辉辉——环绕观察者阴影的彩色环环绕观察者阴影的彩色环奇妙的大气光学�Rainbows, Halos, Coronas, Glories� Slide Number 2 Slide Number 3 Slide Number 4 Slide Number 5 朝、暮的天空海市蜃楼 Slide Number 8 Slide Number 9 Slide Number 10 Slide Number 11 Slide Number 12 Slide Number 13 Slide Number 14 Slide Number 15 Slide Number 16 Slide Number 17 Slide Number 18 Slide Number 19 Slide Number 20 Slide Number 21 Slide Number 22 Slide Number 23 Slide Number 24 Slide Number 25 Slide Number 26 Slide Number 27 Slide Number 28 Slide Number 29 Slide Number 30

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